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医学信号处理的原理和方法 曹 银 祥 Dept. of Physiology Pathophysiology Shanghai Medical College Fudan University 第二讲 医学信号概述 §2-1 医学信号的类型 §2-2 生物电信号的产生 §2-3 生物电信号在生物体内的传导 §2-4 生物电信号的频、幅特性和内、外源性干扰 §2-5 生物电信号对放大器的要求 §2-1 医学信号的类型 主动信号 （1）电信号如：心电、脑电、肌电、皮肤电等。 （2）非电信号（经换能器转换成电信号）。 如：血 压、呼吸、体温、脉搏等。 被动信号 超声波、同位素、Ｘ线等。如超声波，被测物的信息将通过回波信号的幅度、频率及相位来表现。 转换：指估计总体相关系数p的置信区间时，需要将r转换成z。 呼吸：机体与外界环境之间的气体交换过程。 体温：机体核心部分的平均温度。 频率：样本的实际发生率。在相同条件下，重复试验N次，其中随机事件A出现了M次，那么事件A发生的频率为f(A)=M/N。 医学研究中经常涉及的信号 ECG、脉搏波和心音图 动脉压、中心静脉压和左心室内压 呼吸波 中枢和外周神经放电 血流图和心动图 生物磁、生物光和生物声 图像和其他理化信息 脉压：收缩压与舒张压之比。 呼吸：机体与外界环境之间的气体交换过程。 §2-2 生物电信号的产生生物电现象 海洋中的电鳐能发电，古罗马人利用这种电来治疗精神病患者。 非洲电鳐能产生350伏的电压。 北大西洋的巨电鳐。能产生3千瓦功率的电脉冲。 捕蝇草、降藻、轮藻、含羞草等植物中也存在生命电现象。科学家们用类似于测量动物神经的精细测量方法，测量出蚕豆根周围的电场，它的量值是相当微弱的，假如能把蚕豆根的能量集中起来，则一千亿个蚕豆根所产生的电能总和，只能供给一个一百瓦的灯泡发光 。 1780~1794年，在蛙的神经肌肉标本上研究生物电。 人体活组织的每一个活动都伴随有电现象。如神经传导、肌肉兴奋、心脏跳动、大脑活动以及腺体分泌等等生理过程，都产生相应的电变化。 对生物电的研究已成为了解生命活动、研究生物功能、诊断疾病的可靠依据。 兴奋：细胞功能变化由弱变强的过程称为兴奋。 生物电是如何产生的呢？ 任何动物组织，都是由一群细胞以及浸浴它们的细胞间液所组成，所以要研究人体的生物电必须从讨论人体细胞的电性质和他们之间产生的电变化着手。 细胞：是一切生物的形态结构和功能活动的基本单位；是构成生物有机体的基本结构单位；是代谢与功能的基本单位；是生物有机体生长发育的基本单位；是遗传的基本单位。 细胞静息电位 细胞：是一切生物的形态结构和功能活动的基本单位；是构成生物有机体的基本结构单位；是代谢与功能的基本单位；是生物有机体生长发育的基本单位；是遗传的基本单位。 静息电位：静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差，称为静息电位。 细胞内液和细胞外液中主要离子的浓度和电位 组 织 离子 细胞外液 胞浆 平衡电位 静息电位 （mmol/L） （mmol/L） （mV） （mV） 枪乌鰂大神经 Na+ 440 50 +55 –60 K+ 20 400 –75 Cl- 560 52 –60 有机负离子 385 ? ?哺乳动物骨骼肌 Na+ 145 12 +67 –90 K